一种档位可调的充放电控制电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种档位可调的充放电控制电路。


背景技术：

2.目前，为了实现对于集成电路的工作电流进行检测，通常需要采用电流检测电路来实现。然而，传统的电流检测电路，通常是先将待检测的电流转换成检测电压，随后对检测电压进行采样，再将采样电压转换回采样电流，最后对采样电流进行电流电压转换后，实现过流比较判定。这一检测方法中存在的问题是，待检测电流在进行多次的电压/电流或电流/电压转换过程中，会由于电流失配问题引入了大量的转换误差，从而很大程度上限制了过流判定的精度。
3.另一方面，现有技术中进行电流检测的主要需求集中在供电电池包和用于电池包的充放电控制芯片所在的相应电路上。因此，对于充电电流的检测需求和对于放电电流的检测需求通常来说是同时存在的。然而，传统的电流检测电路中，会由于充电和放电过程中，电路的直流工作点的不同，而分别采用两个比较器对充电电流和放电电流分别进行过流比较和判定。由于比较器中存在着功耗很大的运算放大器器件，因此，电流检测电路的功耗也相对较高，且采用传统的方法难以降低。
4.另外，现有技术中，充放电控制电路中的充电电压和放电电压的大小通常来说是固定的，对于充电电压和放电电压的调节较为麻烦，也很少具备多个档位方便调节的充放电控制电路。
5.因此，亟需一种新的档位可调的充放电控制电路。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种档位可调的充放电控制电路，通过参考电流和采样管的阻抗作为比较基准，与充放电管输出的实际充放电电压进行比较，同时采用动态消失调结构消除比较器的失调误差，采用轮询设置复用充放电电流检测所采用的比较器，输出充放电过程中实际的充放电电压与参考充放电电压之间的偏差。
7.本发明采用如下的技术方案。
8.一种档位可调的充放电控制电路，其中，电路包括充放电单元、镜像单元和误差比较单元；充放电单元，分别与充放电控制芯片的co、do引脚连接，用于基于充放电控制芯片的控制，输出实际充放电电压；镜像单元，分别与充放电单元和参考电流连接，用于基于参考电流和镜像单元的内部电阻生成参考充放电电压；误差比较单元，对实际充放电电压和参考充放电电压进行比较，以获得检测结果。
9.优选的，充放电单元包括充电管mn1、放电管mn2、充电控制管mn3和放电控制管mn4；其中，充电管mn1的栅极与充放电控制芯片的co引脚连接，源极与充放电控制芯片所在电池包的负端pckn连接；放电管mn2的栅极与充放电控制芯片的do引脚连接，源极与充放电
控制芯片所在电池包的电池负端batn连接；充电管mn1的漏极、放电管mn2的漏极相互连接且通过充电控制管mn3输出充电电压v_chg，通过放电控制管mn4输出放电电压v_dis。
10.优选的，充电控制管mn3，栅极接收充电过流检测控制信号det_oc_d，源极与镜像单元连接，并作为参考充电电压v_chg0和实际充电电压v_chg1的输出端将v_chg输入至误差比较单元中；放电控制管mn4，栅极接收放电过流检测控制信号det_od_d，源极与镜像单元连接，并作为参考放电电压v_dis0和实际放电电压v_dis1的输出端将v_dis输入至误差比较单元中。
11.优选的，镜像单元包括充电镜像单元和放电镜像单元；其中，充电镜像单元和放电镜像单元分别包括多个充电镜像子单元和多个放电镜像子单元。
12.优选的，充电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的承压管mn5、采样管mn6x、修调管mn7和基准开关管mn8；其中，承压管mn5的源极和基准开关管mn8的漏极作为充电镜像子单元的两端，mn5的源极与电池包的负端pckn连接，mn8的漏极与参考电流i_ref连接，mn8的源极与mn7的栅极、mn3的源极连接；承压管mn5的栅极接入充放电控制芯片的co引脚；采样管mn6x的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；修调管mn7的栅极与修调控制电压trim连接；基准开关管mn8的栅极与参考电流检测控制信号drvb_oc连接。
13.优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为高电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为低电平，充电控制管mn3导通，基准开关管mn8截止，镜像单元生成实际充电电压为v_chg1＝i_co*r_on_mn1；其中，i_co为锂离子电池包的充电电流，r_on_mn1为充电管mn1的导通电阻。
14.优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为低电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，充电检测控制管mn3截止，基准开关管mn8导通，镜像单元生成参考充电电压为v_chg0＝i_ref*r_on_mn6x；其中，r_on_mn6x为采样管mn6x的导通电阻。
15.优选的，放电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的采样管mn11、修调管mn10和基准开关管mn9；其中，采样管mn11的源极与电池包中的电池负端batn连接，mn9的漏极与参考电流i_ref连接，mn9的源极与mn10的栅极、mn4的源极连接；采样管mn11的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；修调管mn10的栅极与修调控制电压trim连接；基准开关管mn9的栅极与参考电流检测控制信号drvb_od连接。
16.优选的，当放电过流检测控制信号det_od为高电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为低电平，放电检测控制管mn4导通，基准开关管mn9截止，镜像单元生成实际放电电压为v_dis1＝i_do*r_on_mn2；其中，i_do为锂离子电池包的放电电流，r_on_mn2为放电管mn2的导通电阻。
17.优选的，当放电过流检测控制信号det_od为低电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，放电检测控制管mn4截止，基准开关管mn9导通，镜像单元生成参考放电电压为v_dis0＝i_ref*r_on_mn11；其中，r_on_mn11为采样管mn11的导通电阻。
18.优选的，误差比较单元包括第一开关s_det_oc、第二开关s_det_od、第三开关s_phsa、第四开关s_phsb、开关电容coff、运放和与非门；其中，第一开关s_det_oc一端与充电电压v_chg连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接，第二开关s_det_od一端与放电电压v_dis连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接；第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的另一端均连接至开关电容coff的一端，开关电容
coff的另一端与运放的负相输入端连接；运放的正相输入端接入运放的直流工作电压v_ref_dc，负反馈支路中接入第五开关，工作电压为v_phsb，输出端接入与非门的第一输入端；与非门的第二输入端电压为v_phsa，输出端v_out输出检测结果。
19.优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为高电平、放电过流检测控制信号det_od为低电平时，误差比较单元的检测结果中包含参考充电电压v_chg1与v_chg0之差的信息；当充电过流检测控制信号det_oc为低电平、放电过流检测控制信号det_od为高电平时，误差比较单元的检测结果中包含参考放电电压v_dis1与v_dis0之差的信息。
20.优选的，误差比较单元的检测结果与运放的直流工作电压v_ref_dc、运放的失调电压vos无关。
21.优选的，第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的控制信号为非交叠时钟信号phsa和phsb；充电控制管mn3和放电控制管mn4的栅极控制信号det_oc_d和det_od_d分别基于时钟检测信号ck_det和充电过流检测控制信号det_oc与运算、时钟检测信号ck_det和放电过流检测控制信号det_od与运算获得；并且，充电过流检测控制信号det_oc和放电过流检测控制信号det_od的高电平状态持续非交叠时钟信号phsa和phsb的整个周期。
22.优选的，充电镜像子单元中采样管mn6x的宽长比与充电管mn1的宽长比之比固定；放电镜像子单元中采样管mn11的宽长比与放电管mn2的宽长比之比固定。
23.优选的，镜像单元中充电镜像子单元和充电镜像子单元的数量相等，且与电路中充电电压vchg和放电电压vdis的档位数量相关。
24.优选的，多个充电镜像子单元中mn6x的数量分别相等或分别呈设定比例，并且依据多个充电镜像子单元mn6x的数量关系确定电路中充电电压vchg在各档位的取值；多个放电镜像子单元中mn11的数量分别相等或分别呈设定比例，并且，依据多个放电镜像子单元mn11的数量关系确定电路中放电电压vdis在各档位的取值。
25.优选的，充电镜像子单元中采样管mn6x的数量与放电镜像子单元中采样管mn11的数量之比x由参考充电电压v_chg和参考放电电压v_dis之比确定。
26.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种档位可调的充放电控制电路，能够通过参考电流和采样管的阻抗作为比较基准，与充放电管输出的实际充放电电压进行比较，同时采用动态消失调结构消除比较器的失调误差，采用轮询设置复用充放电电流检测所采用的比较器，输出充放电过程中实际的充放电电压与参考充放电电压之间的偏差。本发明方法简单、电路结构易于调整，消除了失调电压和直流工作电压的影响，实现了检测结果的准确输出，降低了系统误差。
27.本发明的有益效果还包括：
28.1、本发明中的电流检测电路不需要进行多次电流/电压转换或电压/电流转换过程，本发明的方法直接通过mos管采集控制芯片的充放电电流，并实现与参考电流的倍数进行比较，只需要一次电流至电压的转换就可以得到检测结果，减少了多次转换和采样过程所导致的系统误差，提高了检测精度。
29.2、本发明中可以根据需求合理设置参考电流的大小、采样管与充放电管之间的镜像比例的取值以及镜像单元的数量等，使得电路中参数的合理取值范围较大，参数设置容易。同时，本发明能够通过修调管的修调进一步对镜像电路的输出进行修调，使得参考充电电压和参考放电电压具备差异较大的多个不同的档位，扩大了电路的应用范围，同时间也
不会影响不同档位下电路的检测结果，整体来看电路检测的精确度更高。
30.3、本发明中可以通过合理设置充电镜像单元中采样管与放电镜像单元中采样管的比例，可以使得充电电压和放电电压之间具备固定的比例关系。这种方法，使得电路在执行充电和放电过程中的工作状态更加可控，电路安全性更高。
附图说明
31.图1为本发明一种档位可调的充放电控制电路中充放电单元、检测控制单元、镜像单元的电路结构示意图；
32.图2为本发明一种档位可调的充放电控制电路中误差比较单元的电路结构示意图；
33.图3为本发明一种档位可调的充放电控制电路中控制信号的时序曲线示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
35.图1为本发明一种档位可调的充放电控制电路中充放电单元、检测控制单元、镜像单元的电路结构示意图。如图1所示，一种档位可调的充放电控制电路，其电路包括充放电单元、镜像单元和误差比较单元；充放电单元，分别与充放电控制芯片的co、do引脚连接，用于基于充放电控制芯片的控制，输出实际充放电电压；镜像单元，分别与充放电单元和参考电流连接，用于基于参考电流和镜像单元的内部电阻生成参考充放电电压；误差比较单元，对实际充放电电压和参考充放电电压进行比较，以获得检测结果。
36.可以理解的是，本发明与传统中经常采用的电流检测电路的思路不同，本发明中，是采用充放电单元获得控制芯片的实际充放电电压，同时用镜像单元获得参考充放电电压。电路可以将实际充放电电压和参考充放电电压同时通过误差比较单元进行比较，从而获得实际充放电电压和参考充放电电压之间的差距，以对实际充放电电压进行调整。
37.具体来说，本发明中的实际充放电电压可以基于充放电电流与充放电主管的导通电阻计算得到。当电路确定后，充放电主管的导通电阻也相应的确定下来。另一方面，本发明中的参考充放电电压则是基于预先设定的参考电流和镜像单元中的采样管的导通电阻生成的。因此，当电路确定后，镜像单元中的采样管的导通电阻在某一个修调状态下也是固定不变的。由此，电路在获得实际充放电电压和参考充放电电压之间的差距后，就可以获得实际充放电电流和参考充放电电压电流之间的差异了。
38.需要说明的是，本发明中，可以根据实际的需求，预先设定充放电主管的导通电阻与镜像单元中采样管的导通电阻之间的比例关系，例如，通过设定充放电主管与采样管的尺寸、数量等参数实现。
39.优选的，充放电单元包括充电管mn1、放电管mn2、充电控制管mn3和放电控制管mn4；其中，充电管mn1的栅极与充放电控制芯片的co引脚连接，源极与充放电控制芯片所在的电池包的负端pckn连接；放电管mn2的栅极与充放电控制芯片的do引脚连接，漏极源极与充放电控制芯片所在电池包的电池负端batn连接；充电管mn1的漏极、放电管mn2的漏极相互连接且通过充电控制管mn3输出充电电压v_chg，通过放电控制管mn4输出放电电压v_
dis。
40.可以理解的是，本发明中，充放电单元中包括充电管mn1和放电管mn2，上述两管，可以分别与控制电路中电池包的端口电器的控制芯片的相应引脚连接。通常来说，在控制芯片的引脚中应当包括co引脚和do引脚，其中，co引脚为充电输出引脚，do引脚为放电输出引脚。
41.当电池包通过本发明电路实现电池充电时，也就是充电器通过电池包的正负端口，基于本发明的电路为其内部的电池正负端充电时，co为高电平使mn1导通，另外mn3导通，从而使得mn3的源漏极和mn1的源漏极导通，充电电流从v_chg端流入到pckn端口，使得电路具备了充电电压v_chg。而当电池向电池包放电时，do为高电平使mn2导通，另外mn4导通，从而使得mn2的源漏极和mn4的源漏极导通，放电电流从v_dis流入batn端，从而生成了放电电压v_dis。
42.优选的，充电控制管mn3，栅极接收充电过流检测控制信号det_oc，源极与镜像单元连接，并作为参考充电电压v_chg0和实际充电电压v_chg1的输出端将v_chg输入至误差比较单元中；放电控制管mn4，栅极接收放电过流检测控制信号det_od，源极与镜像单元连接，并作为参考放电电压v_dis0和实际放电电压v_dis1的输出端将v_dis输入至误差比较单元中。
43.可以理解的是，本发明中的两个mos管mn3和mn4可以分别在导通的状态下，将来自充放电单元中生成的实际充放电电压输出至误差比较单元中，而上述两管如果分别在截止状态下，则可以根据镜像单元的相应参数和参考电流的取值将参考充放电电压输出至误差比较单元中。
44.优选的，镜像单元包括充电镜像单元和放电镜像单元；其中，充电镜像单元和放电镜像单元分别包括多个充电镜像子单元和多个放电镜像子单元。
45.可以理解的是，本发明中，充电镜像子电源和放电镜像子单元的数量是预先设定好的。通常来说基准电流iref是通过偏置电流源产生的，电流的大小不变。在基准电流iref的大小不变的前提下，当电路中接入不同数量的充电镜像子单元和放电镜像子单元时，每一个镜像子单元中电流的大小会发生变化，从而使得已经提前设计好的mn6x的导通电阻不变时，参考充电电压v_chg0的取值发生变化。同样的，在mn11的导通电阻不变时，参考放电电压v_dis0的取值也发生变化。当参考充电电压和参考放电电压发生变化时，根据本发明的逻辑，可以使得实际充电电压和实际放电电压进行调节，并向参考充电电压和参考放电电压接近，由此，就实现了电路中接入不同数量的充电镜像子单元和放电镜像子单元时，对于实际充电电压档位和实际放电电压档位的调节。
46.需要说明的是，本发明中接入的充电镜像子单元的数量和接入的放电镜像子单元的数量是基于修调信号trim《n:0》实现的。本发明一实施例中，修调信号的数量可以为1个2个或6个，也就是说镜像子单元的数量可以为2个、3个或7个，但本发明的技术方案并不限制n的取值范围。
47.不过可以想像的是，镜像子单元的数量越多，充电电压和放电电压的档位数量也越多，当镜像子单元的数量为n时，电压档位可以n个至2
n-1个。
48.另外，需要说明的是，本发明，mn6x和mn11并非只包括图1中一个镜像单元中的mos管，其代表了多个镜像单元中相应的mos管。例如，mn6x不仅包括图1中的mn6x，还包括图1中
的mn6_1x、mn6_2x等。而mn11不仅包括图1中的mn11，也包括图1中的mn11_1和mn11_2。多个mn6x中mos管实际的宽长比可以相等，也可以按照一个设定的比例依次的增加或减小，以使得修调后的电压满足各个不同档位的要求。
49.优选的，充电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的承压管mn5、采样管mn6x、修调管mn7和基准开关管mn8；其中，承压管mn5的源极和所述基准开关管mn8的漏极作为充电镜像子单元的两端，mn5的源极与电池包的负端pckn连接，mn8的漏极与参考电流i_ref连接，mn8的源极与mn7的栅极、mn3的源极连接；承压管mn5的栅极接入充放电控制芯片的co引脚；采样管mn6x的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；修调管mn7的栅极与修调控制电压trim连接；基准开关管mn8的栅极与参考电流检测控制信号drvb_oc连接。
50.可以理解的是，本发明中镜像单元的主要结构为串联的mos管，不同mos管的栅极控制信号是各不相同的，从而使得不同的mos管在镜像单元导通工作过程中，其功能也各不相同。具体来说，由于mn5与主充电管mn1的控制端信号完全相同，因此可以在充电管mn1导通的瞬间用来承压，以防止过大的输出电压对后级电路造成损坏。其次，mn6x作为采样管，其参数需要与主充电管之间呈固定的比例设计，从而实现两者导通电阻阻值的比例关系相对固定。由于mn6x的导通电阻较大，因此在该镜像支路导通时，其他管的导通电阻，例如mn5、mn7和mn8的导通电阻都可以忽略不计。第三，mn7管作为修调管，其栅极的修调信号也是根据本发明中未示出的修调电路的修调逻辑生成的。如上文中所述，修调之后，电路就可以实现对于充电电压档位的调节。最后，mn8作为镜像支路的开关，在导通时，使得参考充放电电流iref的部分流入至镜像支路中，而在截止时，使得v_chg的取值为实际充放电电流。
51.优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为高电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为低电平，充电控制管mn3导通，基准开关管mn8截止，镜像单元生成实际充电电压为v_chg1＝i_co*r_on_mn1；其中，i_co为锂离子电池包的充电电流，r_on_mn1为充电管mn1的导通电阻。
52.可以理解的是，本发明中充电过流检测控制信号使得mn3管导通时，可以通过时序控制，使得参考电流检测控制信号将mn8截止，此时如前文所述，实际充电电压将会通过v_chg端口输出。
53.优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为低电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，充电检测控制管mn3截止，基准开关管mn8导通，镜像单元生成参考充电电压为v_chg0＝i_ref*r_on_mn6x；其中，r_on_mn6x为所述采样管mn6x的导通电阻。
54.可以理解的是，本发明中的充电过流检测控制信号使得mn3管截止时，可以通过时序控制，使得参考电流检测控制信号将mn8导通，此时如前文所述，参考充电电压由iref经过镜像支路生成，且使得mn7于mn8之间的分压通过v_chg端口输出。
55.优选的，放电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的采样管mn11、修调管mn10和基准开关管mn9；其中，采样管mn11与电池包中电池负端batn连接，mn9的漏极与参考电流i_ref连接，mn9的源极与mn10的栅极、mn4的源极连接；采样管mn11的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；修调管mn10的栅极与修调控制电压trim连接；基准开关管mn9的栅极与参考电流检测控制信号drvb_od连接。
56.可以理解的是，本发明中的放电镜像子单元与充电镜像子单元的结构是类似的。而放电镜像子单元，与充电镜像子单元中存在的唯一区别在于，放电镜像子单元接收到的
是放电电流，由于主要电路的作用，该放电电流不会在放电管导通的瞬间出过冲的问题，所以本发明中就不需要在放电镜像子单元中使用承压管了。
57.除此之外，放电镜像子单元中采用的采样管mn11、修调管mn10和基准开关管mn9与充电镜像子单元中相应管的功能和作用都是类似的。
58.优选的，当放电过流检测控制信号det_od为高电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为低电平，放电检测控制管mn4导通，基准开关管mn9截止，镜像单元生成实际放电电压为v_dis1＝i_do*r_on_mn2；其中，i_do为锂离子电池包的放电电流，r_on_mn2为放电管mn2的导通电阻。
59.可以理解的是，本发明中的放电检测控制管mn4导通且基准开关管mn9截止时，电路v_dis端口输出的应当是mn2管生成的实际放电电压。
60.优选的，当放电过流检测控制信号det_od为低电平时，参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，放电检测控制管mn4截止，基准开关管mn9导通，镜像单元生成参考放电电压为v_dis0＝i_ref*r_on_mn11；其中，r_on_mn11为采样管mn11的导通电阻。
61.可以理解的是，本发明中的放电检测控制管mn4截止且基准开关管mn9导通时，电路v_dis端口输出的应当是镜像单元生成的参考放电电压。
62.优选地，误差比较单元包括第一开关s_det_oc、第二开关s_det_od、第三开关s_phsa、第四开关s_phsb、开关电容coff、运放和与非门；其中，第一开关s_det_oc一端与充电电压v_chg连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接，第二开关s_det_od一端与放电电压v_dis连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接；第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的另一端均连接至所述开关电容coff的一端，开关电容coff的另一端与运放的负相输入端连接；运放的正相输入端接入运放的直流工作电压v_ref_dc，负反馈支路中接入第五开关，工作电压为v_phsb，输出端接入与非门的第一输入端；与非门的第二输入端电压为v_phsa，输出端v_out输出检测结果。
63.图2为本发明一种充放电控制芯片的电流检测电路中误差比较单元的电路结构示意图。如图2所示，本发明中的误差比较单元中包括一个比较器和与非门，另外，还包括类似于开关电容放大器的相应开关结构，以使得该误差比较单元能够动态的消除失调，降低系统的误差。同时能够通过时序控制的方式，轮询的获得充电过流和放电过流的比较检测结果。
64.具体来说，图2中第一到第五开关的位置上记载了第一到第五开关中每一个开关的控制信号。例如，对于第一开关s_det_oc来说，根据其名称可以得知，当det_oc信号为高电平时，该开关是处于闭合状态的，当det_oc信号为低电平时，该开关是处于开断状态的。
65.对于比较器来说，可以从图2中得到，当phsb信号为高电平，第五开关闭合时，运放会处于负反馈连接状态，此时运放作为电压跟随器，其输出电压可以为v_ref_dc+vos，也就是运放正相输入端电压与失调电压之差。此时开关电容coff的一侧应当接收来自镜像单元或检测控制单元输出的实际或参考的充放电电压，而开关电容coff的另一侧则通过负反馈的连接直接接收输出电压。可见此时，在phsb信号为高电平时，开关电容coff实现充电。
66.而当phsb信号切换为低电平时，第五开关开启，运放不再处于负反馈连接状态，此时运放作为比较器，将直流工作电压v_ref_dc与此时来自镜像单元或检测控制单元输出的实际或参考的充放电电压分别作为比较器正相和负相输入端的输入电压，从而得到比较结
果。
67.需要说明的是，由于开关电容coff的内部电荷数量不会发生瞬时变化，因此，电容两侧极板的压降是同步的。具体来说，当比较器识别到来自开关电容coff一端的输入，也就是镜像单元或者检测控制单元输送过来的v_chg或v_dis中存在突然的电压幅度切换，例如从v_chg0突变到v_chg1或者反向切换，则可以得到开关电容coff的另一端的电压也会发送相同大小的切换，例如从v_chg0突变到v_chg1。需要注意的是，在电压发生突变之前，开关电容另一端的初始电压值的大小为v_ref_dc+vos，则切换之后，开关电容coff另一端的电压大小则会随之突变为(v_chg1-v_chg0)+(v_ref_dc+vos)。当运放处于比较器的工作模式下时，运放的输出端电压则为(v_chg1-v_chg0)+(v_ref_dc+vos)-v_ref_dc-vos＝v_chg1-v_chg0。
68.可见，在本发明中，误差比较单元输出的检测结果不会受到直流工作点电压v_ref_dc和失调电压vos的任何影响。因此，误差比较单元的检测结果与运放的直流工作电压v_ref_dc、运放的失调电压vos无关。
69.图3为本发明一种充放电控制芯片的电流检测电路中控制信号的时序曲线示意图。如图3所示，优选的，当充电过流检测控制信号det_oc为高电平、放电过流检测控制信号det_od为低电平时，误差比较单元的检测结果中包含参考充电电压v_chg1与v_chg0之差的信息；当充电过流检测控制信号det_oc为低电平、放电过流检测控制信号det_od为高电平时，误差比较单元的检测结果中包含参考放电电压v_dis1与v_dis0之差的信息。
70.容易理解的是，在本发明中，当充电或放电的过流检测控制信号的输出发生相应变化时，比较器会相应的接收到v_chg和v_dis，从而实现对充电或放电电流的检测。
71.优选的，第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的控制信号为非交叠时钟信号phsa和phsb；充电控制管mn3和放电控制管mn4的栅极控制信号det_oc_d和det_od_d分别基于时钟检测信号ck_det和充电过流检测控制信号det_oc与运算、时钟检测信号ck_det和方电过流检测控制信号det_od与运算获得；并且，充电过流检测控制信号det_oc和放电过流检测控制信号det_od的高电平状态持续非交叠时钟信号phsa和phsb的整个周期。
72.需要说明的是，本发明中的充电过流检测控制信号det_oc、放电过流检测控制信号det_od是用来控制误差比较单元选择接收v_chg和v_dis两个信号中的一个的。而在两个信号中的一个信号存在输出时，例如，v_chg输出时，则v_chg的取值可能有两种，第一种是det_oc_d处于高电平下，mn3导通，mn8截止时输出的v_chg1，另一种则是det_oc_d处于低电平下，mn3截止，mn8导通时输出的v_chg1。也就是说，在充电过流检测控制信号det_oc信号在高点品下运行的半个周期内，会同时发生det_oc_d信号的一整个周期的两次高低电平切换。mn8的控制信号drvb_oc也会发生类似的切换，不过其与det_oc_d的切换方式完全相反。
73.类似的，为了实现对于比较器在一个det_oc信号周期下，实现比较器两种不同工作状态的循环切换，phsa和phsb信号也需要设置为det_oc信号的周期的一半，另外，为了防止切换过程中出现的误差，两个互补信号phsa和phsb应当是非交叠状态的。
74.另外，为了使得det_oc_d信号和det_o的_d信号克服运放的时延，可以使得上述两个信号基于时钟检测信号ck_det和充电过流检测控制信号det_oc与运算，时钟检测信号ck_det和方电过流检测控制信号det_od与运算的逻辑分别获得。当获得这两个信号后，由这两个信号控制的mn3管和mn4管会与运放的状态切换信号phsa和phsb基本同步，实现对于
输出vout的控制。
75.优选的，充电镜像子单元中采样管mn6x的宽长比与充电管mn1的宽长比之比固定；放电镜像子单元中采样管mn11的宽长比与放电管mn2的宽长比之比固定。
76.假定采样管mn6x与充电管mn1的固定比例k，那么在实际充电电流流过采样管时，流过的mn6x的电流，也就是mn1的1/k。这是由于参考充电电压v_chg0＝i_ref*r_on_mn6x与实际充电电压v_chg1＝i_co*r_on_mn1在大小相等实现的。
77.类似的，mn11的宽长比与放电管mn2的宽长比也符合这一关系。
78.优选的，镜像单元中充电镜像子单元和充电镜像子单元的数量相等，且与电路中充电电压v_chg和放电电压v_dis的档位数量相关。
79.本发明中，如上文所述镜像子单元的数量以及每一个镜像子单元中mn6x或mn11的宽长比的设置，可以使得trim《n：0》信号具有不同取值时，也就是电路在不同修调模式下时，充电电压和放电电压的参考值处于不同的档位上，因此镜像子单元的数量，可以根据档位的范围和档位调节的精度共同确定。
80.优选的，多个充电镜像子单元中mn6x的数量分别相等或分别呈设定比例，并且依据多个充电镜像子单元mn6x的数量关系确定电路中充电电压v_chg在各档位的取值；多个放电镜像子单元中mn11的数量分别相等或分别呈设定比例，并且，依据多个放电镜像子单元mn11的数量关系确定电路中放电电压v_dis在各档位的取值。
81.按照现有技术中修调经常采用的方式，可以根据mn6x数量，换言之长宽比的设定，使得多个不同镜像子单元中mn6x整体上的导通电阻之间具有设定的比例关系。这样在某个子单元导通或截止的不同状态下，当mn3管截止时，iref不变时，v_chg的取值是各不相同的，也就是处于设计的不同档位上。
82.优选的，充电镜像子单元中采样管mn6x的数量与放电镜像子单元中采样管mn11的数量之比x由参考充电电压v_chg和参考放电电压v_dis之比确定。
83.可以理解的是，本发明中提供给充电镜像子单元和放电镜像子单元的iref是相等的，而v_chg和v_dis则需要根据实际情况的不同而预先设置，因此x的取值可以根据两者的设计值来进行选择。
84.额外说明，在本发明经过修调后，镜像子单元的数量确定下来后，可能会存在v_chg和v_dis处于不同档位上的情况，此时x的值也可以再次进行修调，以使得v_chg和v_dis的取值保持一致或保持着固定比例。
85.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种充放电控制芯片的电流检测电路，能够通过参考电流和采样管的阻抗作为比较基准，与充放电管输出的充放电电压进行比较，同时采用动态消失调结构消除比较器的失调误差，采用轮询设置复用充放电电流检测所采用的比较器，同时输出充放电检测结果。本发明方法简单、电路结构易于调整，消除了失调电压和直流工作电压的影响，实现了检测结果的准确输出，降低了系统误差。
86.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述电路包括充放电单元、镜像单元和误差比较单元；其中，所述充放电单元，分别与所述充放电控制芯片的co、do引脚连接，用于基于所述充放电控制芯片的控制，输出实际充放电电压；所述镜像单元，分别与所述充放电单元和参考电流连接，用于基于参考电流和镜像单元的内部电阻生成参考充放电电压；所述误差比较单元，对所述实际充放电电压和所述参考充放电电压进行比较，以获得检测结果。2.根据权利要求1中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述充放电单元包括充电管mn1、放电管mn2、充电控制管mn3和放电控制管mn4；其中，所述充电管mn1的栅极与所述充放电控制芯片的co引脚连接，源极与所述充放电控制芯片所在电池包的负端pckn连接；所述放电管mn2的栅极与所述充放电控制芯片的do引脚连接，源极与所述充放电控制芯片所在电池包的电池负端batn连接；所述充电管mn1的漏极、所述放电管mn2的漏极相互连接且通过充电控制管mn3输出充电电压v_chg，通过放电控制管mn4输出放电电压v_dis。3.根据权利要求2中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述充电控制管mn3，栅极接收充电过流检测控制信号det_oc_d，源极与所述镜像单元连接，并作为参考充电电压v_chg0和实际充电电压v_chg1的输出端将v_chg输入至所述误差比较单元中；所述放电控制管mn4，栅极接收放电过流检测控制信号det_od_d，源极与所述镜像单元连接，并作为参考放电电压v_dis0和实际放电电压v_dis1的输出端将v_dis输入至所述误差比较单元中。4.根据权利要求3中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述镜像单元包括充电镜像单元和放电镜像单元；其中，所述充电镜像单元和所述放电镜像单元分别包括多个充电镜像子单元和多个放电镜像子单元。5.根据权利要求4中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述充电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的承压管mn5、采样管mn6x、修调管mn7和基准开关管mn8；其中，所述承压管mn5的源极和所述基准开关管mn8的漏极作为所述充电镜像子单元的两端，mn5的源极与电池包的负端pckn连接，mn8的漏极与参考电流i_ref连接，mn8的源极与mn7的栅极、mn3的源极连接；所述承压管mn5的栅极接入所述充放电控制芯片的co引脚；所述采样管mn6x的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；所述修调管mn7的栅极与修调控制电压trim连接；所述基准开关管mn8的栅极与参考电流检测控制信号drvb_oc连接。6.根据权利要求5中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：当所述充电过流检测控制信号det_oc为高电平时，所述参考电流检测控制信号drvb_
oc为低电平，所述充电控制管mn3导通，所述基准开关管mn8截止，所述镜像单元生成实际充电电压为v_chg1＝i_co*r_on_mn1；其中，i_co为锂离子电池包的充电电流，r_on_mn1为所述充电管mn1的导通电阻。7.根据权利要求5中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：当所述充电过流检测控制信号det_oc为低电平时，所述参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，所述充电检测控制管mn3截止，所述基准开关管mn8导通，所述镜像单元生成参考充电电压为v_chg0＝i_ref*r_on_mn6x；其中，r_on_mn6x为所述采样管mn6x的导通电阻。8.根据权利要求4中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述放电镜像子单元中包括依次采用共源共栅方式连接的采样管mn11、修调管mn10和基准开关管mn9；其中，所述采样管mn11的源极与所述电池包中的电池负端batn连接，mn9的漏极与参考电流i_ref连接，mn9的源极与mn10的栅极、mn4的源极连接；所述采样管mn11的栅极与高电平驱动电压drv_on连接；所述修调管mn10的栅极与修调控制电压trim连接；所述基准开关管mn9的栅极与参考电流检测控制信号drvb_od连接。9.根据权利要求8中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：当所述放电过流检测控制信号det_od为高电平时，所述参考电流检测控制信号drvb_oc为低电平，所述放电检测控制管mn4导通，所述基准开关管mn9截止，所述镜像单元生成实际放电电压为v_dis1＝i_do*r_on_mn2；其中，i_do为锂离子电池包的放电电流，r_on_mn2为所述放电管mn2的导通电阻。10.根据权利要求8中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：当所述放电过流检测控制信号det_od为低电平时，所述参考电流检测控制信号drvb_oc为高电平，所述放电检测控制管mn4截止，所述基准开关管mn9导通，所述镜像单元生成参考放电电压为v_dis0＝i_ref*r_on_mn11；其中，r_on_mn11为所述采样管mn11的导通电阻。11.根据权利要求5-10任意一项中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述误差比较单元包括第一开关s_det_oc、第二开关s_det_od、第三开关s_phsa、第四开关s_phsb、开关电容coff、运放和与非门；其中，所述第一开关s_det_oc一端与充电电压v_chg连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接，所述第二开关s_det_od一端与放电电压v_dis连接，另一端分别与第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的一端连接；所述第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的另一端均连接至所述开关电容coff的一端，所述开关电容coff的另一端与所述运放的负相输入端连接；所述运放的正相输入端接入所述运放的直流工作电压v_ref_dc，负反馈支路中接入第五开关，工作电压为v_phsb，输出端接入与非门的第一输入端；
所述与非门的第二输入端电压为v_phsa，输出端v_out输出检测结果。12.根据权利要求11中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：当所述充电过流检测控制信号det_oc为高电平、放电过流检测控制信号det_od为低电平时，所述误差比较单元的检测结果中包含参考充电电压v_chg1与v_chg0之差的信息；当所述充电过流检测控制信号det_oc为低电平、放电过流检测控制信号det_od为高电平时，所述误差比较单元的检测结果中包含参考放电电压v_dis1与v_dis0之差的信息。13.根据权利要求12中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述误差比较单元的检测结果与所述运放的直流工作电压v_ref_dc、所述运放的失调电压vos无关。14.根据权利要求13中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述第三开关s_phsa、第四开关s_phsb的控制信号为非交叠时钟信号phsa和phsb；所述充电控制管mn3和所述放电控制管mn4的栅极控制信号det_oc_d和det_od_d分别基于时钟检测信号ck_det和充电过流检测控制信号det_oc与运算、时钟检测信号ck_det和放电过流检测控制信号det_od与运算获得；并且，所述充电过流检测控制信号det_oc和所述放电过流检测控制信号det_od的高电平状态持续所述非交叠时钟信号phsa和phsb的整个周期。15.根据权利要求5或8中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述充电镜像子单元中所述采样管mn6x的宽长比与充电管mn1的宽长比之比固定；所述放电镜像子单元中所述采样管mn11的宽长比与放电管mn2的宽长比之比固定。16.根据权利要求15中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述镜像单元中充电镜像子单元和充电镜像子单元的数量相等，且与所述电路中充电电压vchg和放电电压vdis的档位数量相关。17.根据权利要求15中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：多个所述充电镜像子单元中mn6x的数量分别相等或分别呈设定比例，并且依据多个所述充电镜像子单元mn6x的数量关系确定所述电路中充电电压vchg在各档位的取值；多个所述放电镜像子单元中mn11的数量分别相等或分别呈设定比例，并且，依据多个所述放电镜像子单元mn11的数量关系确定所述电路中放电电压vdis在各档位的取值。18.根据权利要求15中所述的一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述充电镜像子单元中所述采样管mn6x的数量与所述放电镜像子单元中所述采样管mn11的数量之比x由所述参考充电电压v_chg和所述参考放电电压v_dis之比确定。

技术总结
一种档位可调的充放电控制电路，其特征在于：所述电路包括充放电单元、镜像单元和误差比较单元；其中，所述充放电单元，分别与所述充放电控制芯片的CO、DO引脚连接，用于基于所述充放电控制芯片的控制，输出实际充放电电压；所述镜像单元，分别与所述充放电单元和参考电流连接，用于基于参考电流和镜像单元的内部电阻生成参考充放电电压；所述误差比较单元，对所述实际充放电电压和所述参考充放电电压进行比较，以获得检测结果。本发明方法简单、电路结构易于调整，消除了失调电压和直流工作电压的影响，实现了检测结果的准确输出，降低了系统误差。统误差。统误差。


技术研发人员：骞海荣 李卓
受保护的技术使用者：圣邦微电子（北京）股份有限公司
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2023/7/22